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基于图像处理的小模数齿轮测控系统的研究
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摘要
小模数齿轮目前广泛的用于高精密仪器仪表中,小模数齿轮的精度直接影响到仪器的工作性能和使用寿命,因此,小模数齿轮的检测和测量非常重要,小模数齿轮测量相比一般齿轮测量具有特殊性,其特殊性给测量带来很多困难。其特殊性表现在:1齿轮的刚度低,易变形;2齿间小,调整和对正困难;3对测量系统及量仪的自动化程度要求高;4小模数齿轮种类繁多,测量时装夹与定位困难;5受齿轮尺寸的限制,测量机械结构安排困难,目前国内外小模数齿轮测试的自动化程度低,测试仪器和设备缺少,为解决小模数齿轮测量方法落后状况,必须重视和加强小模数齿轮测量的研究和测试仪器的开发。
     本文在原有的小模数齿轮测量方法的基础上,通过在三坐标测量机上加装CCD图像测头,研究利用图像处理的非接触式测量方法来测量小模数齿轮的参数,在测量过程中,首先对得到的小模数齿轮图像进行图像处理后,对渐开线齿廓边缘坐标点进行数据采样,由所得坐标点进行渐开线拟合计算得出的基圆半径值和小模数齿轮其它参数和加工误差。本文主要研究内容如下:
     1.小模数齿轮测控系统总体设计,小模数齿轮测控系统分为三个部分:机械结构组成;运动控制系统:测量系统。
     2.数字图像处理方法。介绍数字图像处理的方法:图像增强和图像分割。再分别介绍了一些数字图像处理的基本方法:直方图修改、灰度变换方法、图像滤波、图像锐化,边缘检测、灰度阈值法等。
     3.小模数齿轮测量的数据处理。主要介绍对得到的小模数测量图像进行数字图像处理,对处理好的齿轮图像边缘进行数据采样,拟合渐开线,计算小模数齿轮其它参数和加工误差。
     4.小模数齿轮测量的误差分析。主要分析在测量过程中的测量误差和产生误差的原因,计算测量误差。
Fine-pitch gear is widely used in high precision instruments and meters, and its accuracy has direct influence on the instruments' operational performance and work life span, so the detection and measurement of fine-pitch gear is vital. Meantime, due to its own particularities, there are many difficulties in the fine-pitch gear's detection including low stiffness, easy distortion; short distance between two gears, difficult to adjust; high automation requirement on measurement system; difficulties of clamping and alignment from a great variety of micron gears; difficulties of arranging mechanical structure caused by the constraint of gears' size and volume. Currently, the automation of detection and measurement of fine-pitch gear is far from satisfaction both at home and abroad, and there is the shortage of testing instrument and equipment. In order to solve the problem of behindhand situation of detection method of fine-pitch gear, enhancing the study of fine-pitch gear's detection and development of testing instrument and equipment is becoming more important.
     In this paper, on the basis of the present research of fine-pitch gear's measurement, CCD image probe was mounted on the three-coordinates measuring machine to study non contact measurement method through the means of image processing with the purpose of the detection of fine-pitch gear. During the measuring procedure, we used the method of image processing to process the picture of fine-pitch gear, and then did several sets of data sampling of coordinates of involute flank profile's edge. According to the coordinates above, we finished the fit calculation about involute curve and calculated out some other parameters and mismachining tolerance with the help of base radius computed from fit results. The main contents in this paper are as follows:
     1 .Measurement and control system design of fine-pitch gear, including mechanical structure composition, kinetic control system, and measurement system.
     2.The study of digital image process method., including image enhancement, image segmentation and some other basic methods such as histogram modification, gray transformation, image filtration, image sharpen, edge detection, gray level threshold method, etc.
     3.Data processing of fine-pitch gear's measurement. According to the coordinates above, we finished the fit calculation about involute curve and calculated out some other parameters and mismachining tolerance with the help of base radius computed from fit results
     4.Error analysis of measurement of fine-pitch gear, we analyzed the measurement errors and the causes, and calculated the measurement errors finally.
引文
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